بخشی از مقاله
مقدمه
خاکورزی تقریباً در تولید اغلب محصولات کشاورزی الزامی بوده و علاوه بر افزایش محصولات کشاورزی، بایستی موجب حفظ منابع طبیعی و استفاده از انرژی با بیشترین بازده گردد. خاکورزی هم میتواند باعث شکستهشدن خاکدانههای درشت وکلوخهها و ایجاد خاکدانههای خرد و نرمشده2 و بهوجود آمدن بستر بذر مناسب شود و هم میتواند باعث ایجادکلوخههایی شود که از لحاظ مدیریتی دشواریهایی را بههمراه خواهد داشت. این امر بستگی به عوامل زیادی و بهویژه مقدار رطوبت خاک در حین خاکورزی دارد. رطوبت بهینه برای خاکورزی - OPT - 3 رطوبتی است که اگر خاکورزی در آن انجام شود بیشترین مقدار خاکدانههای کوچک ایجاد میگردد
مطابق مدل ارائهشده توسط کولن - 1987 - و آلوکو و کولن - 2000 - ، زمانی که خاک از یک نقطه آغازین مرطوب، خشک میشود چگونگی تغییرات درجه اشباع آب منفذی و پیوندهای مویینهای بین خاکدانهها و درون خاکدانهها با یکدیگر متفاوت است
در شکل 1 در قسمت افقی منحنی B بدون افزایش مکش آب خاک - یا با افزایش جزئی - درجه اشباع آب منفذی بین خاکدانهای کاهش پیدا میکند و بهطور هم زمان با خالیشدن آب از فضای منافذ بین خاکدانهای، در منحنی D مقاومت پیوندی نیز در فضای بین خاکدانهای کاهش پیدا میکند. این اتفاق در اندازه ویژهای از منافذ بین خاکدانهای - با فراوانی زیاد - ، و مکش و رطوبت خاک رخ میدهد که همان رطوبت و مکش بهینه برای خاکورزی OPT - و - hOPT است.
شکل -1 مدل خردشوندگی مویینهای خاکدانهها پیشنهاد شده بهوسیله کولن - 1987 - ، منحنیهای: A، مکش - درجه اشباع منفذی درون خاکدانهها؛ B، مکش - درجه اشباع منفذی بین خاکدانهها؛ C، مکش - پیوند مویینهای - مقاومت پیوندی - درون خاکدانهها؛ D، مکش - پیوند مویینهای - مقاومت پیوندی - بین خاکدانهها
هدف از این پژوهش تعیین رطوبت بهینه خاک برای خاکورزی با استفاده از مدل خردشوندگی مویینهای در خاکهای ورتیسول میباشد. بهدلیل دشواری تعیین این رطوبت و نیاز به امکانات آزمایشگاهی، ارائه تابع یا توابعی جهت برآورد OPT با استفاده از ویژگیهای زودیافت خاک نیز ضروری بهنظر میرسد.
مواد و روشها
نمونه برداری خاک در تابستان 91 از خاکهای ورتیسول دشت زرین شهرستان کوهرنگ واقع در استان چهار-محال و بختیاری صورت گرفت. 35 نمونه خاک سطحی - از عمق 0-25 سانتیمتر - برداشت شد. فراوانی نسبی ذرات اولیه خاک به روش هیدرومتر - کلیوت، - 1986، مقدار ماده آلی خاک با استفاده از روش اکسیداسیون تر - والکلی و بلک، - 1934 و مقدار کربنات کلسیم معادل خاک به روش تیتراسیون برگشتی - پیج و همکاران، - 1992 تعیین گردید.
اساس مدل خردشوندگی مویینهای بر تعیین مقاومت پیوندی بین خاکدانهها - مقاومت کششی - در رطوبتهای مختلف میباشد. بدین منظور نمونه خاکهای دستنخورده - با چگالی ظاهری طبیعی - ، ابتدا به کمک اسپری آبپاش به رطوبتی کمتر از رطوبت حد خمیری رسانیده شده و سپس درون قالب مخصوص دو تکه - با ارتفاع 10 و قطر 3/5 سانتیمتر - ریخته شدند.
نمونه خاکهای استوانهای حاصل، بهصورت متوالی در هوای آزاد خشک شدند تا هر نمونه به رطوبت پایینتری برسد. پس از خشککردن و به تعادل رسیدن در هر مرحله، قطر و ارتفاع هر نمونه پیش از آزمایش مقاومت کششی با کولیس دیجیتال اندازهگیری شد. برای هر خاک تقریباً 15 نمونه استوانهای به رطوبتهای مختلف رسانیده شد و مقاومت کششی آنها به روش غیرمستقیم - برزیلی - اندازهگیری گردید. برای محاسبه مقاومت کششی t - N/cm2 - معادله زیر به کار گرفته شد
که در آن F نیرو بر حسب hi - N - و DI به ترتیب ارتفاع و قطر نمونه خاک - پیش از آزمایش - بر حسب - cm - و g - x - ضریب صافشدگی میباشند. مقدار g - x - با استفاده از معادله زیر محاسبه شد
در این معادله x نسبت صافشدگی بوده و برابر با a - x = a/y عرض بخش صافشده و y فاصله بین بخشهای صافشده در نقطه شکستگی - است. سپس مقادیر رطوبت هر نمونه خاک بعد از آزمایش مقاومت کششی به روش وزنی تعیین گشت و مکش معادل آن با استفاده از دادههای منحنی مشخصه رطوبتی خاک درونیابی شد. در هر رطوبت با توجه به اندازهگیری ابعاد نمونه، تعیین چگالی ظاهری و تخلخل خاک، مقادیر درجه اشباع آب منفذی محاسبه گردید. برای هر یک از نمونه خاکها مقادیر تنش مؤثر Pw - N/cm2 - با توجه به رابطه زیر محاسبه شد
که در آن Pw نیروی پیوندی مویینهای - تنش مؤثر - N/cm2، 0/01 ثابت تبدیل واحد، h مکش ماتریک - hPa - و S درجه اشباع آب منفذی میباشد. درجه اشباع آب منفذی بین خاکدانهای از رابطه زیر محاسبه گشت
که در آن t مقاومت کششی - N/cm2 - ، 0/01 ثابت تبدیل واحد، h مکش ماتریک - hPa - و Si درجه اشباع آب منفذی بین خاکدانهای میباشد. رطوبت و مکش بهینه برای خاکورزی OPT - و - در شرایطی در نظر گرفته شد که t با خشکشدن کاهش یافته و سپس افزایش یابد - منحنی D در شکل . - 1 در نهایت تابع انتقالی برای برآورد OPT با استفاده از ویژگیهای زودیافت خاک نیز استخراج شد.
نتایج و بحث
جدول 1 آمارههای برخی از ویژگیهای خاکهای مورد بررسی را نشان میدهد. در شکل 2 مقاومت کششی خاک - t - و تنش مؤثر - Pw - در برابر مقدار رطوبت برای یک خاک رسی بهصورت نمونه نشان داده شده است. هنگامیکه خاک خشک میشود، Pw و t در ابتدا افزایش مییابند. این روند با نتایج کاسارانو - 1993 - که نشان میدهد مقاومت کششی خاکدانهها قویاً به مقدار رطوبت خاک بستگی دارد هماهنگی دارد.
جدول -1 آماره های برخی از ویژگیهای خاکهای مورد بررسی
